(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 219053 PL 21905 3 B1

RZECZPOSPOLITA
POLSKA
(12)
OPIS PATENTOWY
(19)
PL
(21) Numer zgłoszenia: 393296
Urząd Patentowy
Rzeczypospolitej Polskiej
219053
(13) B1
(11)
(51) Int.Cl.
B25J 9/08 (2006.01)
B25J 17/02 (2006.01)
(22) Data zgłoszenia: 15.12.2010
Manipulator czteroramienny o strukturze równoległej
(54)
(73) Uprawniony z patentu:
(43) Zgłoszenie ogłoszono:
AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA
IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE,
Kraków, PL
18.06.2012 BUP 13/12
(72) Twórca(y) wynalazku:
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
DANIEL PRUSAK, Kraków, PL
GRZEGORZ KARPIEL, Kraków, PL
MACIEJ PETKO, Kraków, PL
31.03.2015 WUP 03/15
(74) Pełnomocnik:
PL 219053 B1
rzecz. pat. Elżbieta Postołek
2
PL 219 053 B1
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest manipulator czteroramienny o strukturze równoległej, o czterech
niezależnych stopniach swobody: trzech translacyjnych w kierunkach współrzędnych x, y, z i jednym
obrotowym, równoległym do płaszczyzny podstawy. Manipulator przeznaczony jest do programowalnego wykonywania czynności manipulacyjnych, przykładowo jako konstrukcja wsporcza
aparatury pomiarowo-badawczej, w urządzeniach do manipulacji hybrydowej, automatyzacji produkcji,
montażu, paletyzacji elementów o ciężarach i gabarytach ponad średnie obciążenie.
Znany z polskiego opisu zgłoszenia wynalazku PL P-387229 manipulator o czterech stopniach
swobody zawiera podstawę i platformę połączone czterema ramionami wyposażonymi w napędy
liniowe. Ramiona połączone są z podstawą i platformą za pośrednictwem zespołów przegubowych,
z których każdy złożony jest z dwóch przegubów obrotowych: przegubu mocowania i przegubu ramienia, o osiach obrotów usytuowanych prostopadle i w odstępie od siebie. Przeguby mocowania połączone są do podstawy i platformy w rozstawieniu wierzchołków czworoboków przy równoległym do
siebie i prostopadłym do płaszczyzn usytuowaniu ich osi obrotu. Korzystnym jest by czworobok zamocowań na płaszczyźnie podstawy był prostokątem a na platformie trapezem równoramiennym.
Rozwiązanie takie charakteryzuje się względnie dużą obciążalnością lecz zakres ruchu obrotowego
jest istotnie ograniczony.
Manipulator według niniejszego wynalazku ma układ kinematyczny podobny do opisanego powyżej rozwiązania, a odróżnia się tym, że jego ramiona połączone są z platformą zespołami przegubowymi w dwóch równoległych do siebie wspólnych osiach obrotu. W każdej wspólnej osi obrotu ustalone są współosiowo po dwa przeguby mocowania zespołów przegubowych dwóch ramion sąsiadujących i zamocowanych do podstawy na przeciwległych bokach prostokąta. Rozwiązanie takie cechuje
istotnie zwiększony zakres ruchu obrotowego platformy, możliwość precyzji ruchu przy prostocie obliczeń kinematycznych wynikających z równych odległości między osiami zespołów przegubowych przy
podstawie i platformie oraz możliwość uzyskania zwartej budowy wymaganej w mikrorobotach lub
platformach pozycjonujących mikroobrabiarek.
Korzystnym jest rozwiązanie, w którym odległość między wspólnymi osiami obrotu na platformie
jest mniejsza od długości boku prostokąta zamocowania do podstawy ramion, które przyłączone są
w tych osiach.
Manipulator według wynalazku przybliżony jest opisem przykładowego wykonania pokazanego
na rysunku, którego fig.1 przedstawia jego schemat kinematyczny, a fig.2 widok perspektywiczny rzeczywistego wykonania.
Manipulator posiada cztery ramiona o nastawialnej długości I1, l2, I3, I4, połączone zespołami
przegubowymi między podstawą B i platformą P. Każde z ramion ma napęd liniowy N o jednym stopniu swobody, bez możliwości obrotu względem kierunku wysuwania. Zespoły przegubowe stanowią
zestawy łożyskowe dwóch przegubów obrotowych: przegubu mocowania Z 1 i przegubu ramienia Z2,
na fig.1 oznaczone jako elementy walcowe. Ich wichrowate osie obrotów usytuowane są prostopadle
w odstępie A od siebie. Taka konstrukcja zestawu przegubowego umożliwia ruch ramion w górę
i w dół w stosunku do przegubu oraz obrót w prawo i w lewo, czyli każde połączenie dowolnego ramienia z podstawą B i platformą P ma dwa niezależne obrotowe stopnie swobody. Przeguby mocowania Z1 połączone są do podstawy B w rozstawieniu wierzchołków prostokąta przy równoległym do
siebie i prostopadłym do płaszczyzny podstawy B usytuowaniu ich osi obrotu O 1, O2, O3, O4. Ramiona
I1, l2, I3, I4 połączone są z platformą P zespołami przegubowymi w dwóch równoległych do siebie
wspólnych osiach obrotu O5, O6. W każdej wspólnej osi obrotu O5, O6 ustalone są współosiowo po
dwa przeguby mocowania Z1 zespołów przegubowych dwóch ramion I1 i l2 oraz l3 i l4, które sąsiadują
ze sobą i zamocowane są do podstawy B na przeciwległych bokach prostokąta. Osie O 1, O2, O3, O4
przegubów mocowania Z1 na podstawie B i wspólne osie obrotu O5, O6 na platformie P znajdują się
w punktach wierzchołków wieloboku klinowego. Odległość między wspólnymi osiami obrotu O5, O6 na
platformie P jest mniejsza od długości boku prostokąta zamocowania do podstawy B ramion l2, l3,
które przyłączone są w tych osiach.
Cztery niezależnie pracujące ramiona manipulatora poruszają się ruchem liniowym, i w zależności od ich wzajemnego wysunięcia zmienia się w przestrzeni pozycja i orientacja platformy P. Przykładowo, jeżeli wszystkie cztery ramiona wysuną się równocześnie to platforma P wykona ruch liniowy
do góry. Jeżeli dwa sąsiadujące ramiona zwiększą swoją długość a pozostałe zmniejszą to nastąpi
obrót platformy P. Oczywistym jest złożenie ruchów, przykładowo do góry z obrotem.
PL 219 053 B1
3
Zastrzeżenia patentowe
1. Manipulator czteroramienny o strukturze równoległej, zawierający podstawę (B) i platformę
(P) połączone przez cztery ramiona (I1, l2, l3, l4) wyposażone w napędy liniowe (N) i zamocowane za
pośrednictwem zespołów przegubowych, z których każdy złożony jest z dwóch przegubów obrotowych: przegubu mocowania (Z1) i przegubu ramienia (Z2), o osiach obrotów usytuowanych prostopadle w odstępie (A) od siebie, przy czym przeguby mocowania (Z 1) połączone są do podstawy (B)
w rozstawieniu wierzchołków prostokąta przy równoległym do siebie i prostopadłym do płaszczyzny
podstawy (B) usytuowaniu ich osi obrotu (O 1, O2, O3, O4), znamienny tym, że ramiona (I1, l2, l3, I4)
połączone są z platformą (P) zespołami przegubowymi w dwóch równoległych do siebie wspólnych
osiach obrotu (O5, O6), w każdej współosiowo po dwa przeguby mocowania (Z 1) zespołów przegubowych dwóch ramion (I1, l2 oraz l3, l4) sąsiadujących i zamocowanych do podstawy (B) na przeciwległych bokach prostokąta.
2. Manipulator według zastrz. 1, znamienny tym, że odległość między wspólnymi osiami obrotu
(O5, O6) jest mniejsza od długości boku prostokąta zamocowania do podstawy (B) ramion (l 2, l3), które
przyłączone są w tych osiach.
4
PL 219 053 B1
Rysunki
Departament Wydawnictw UPRP
Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)